[發(fā)明專利]一種深度學(xué)習(xí)解色散模糊的高光譜成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110243400.5
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113008371B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹汛;張理清;華夏;黃燁;王漱明;徐挺
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 江蘇法德東恒律師事務(wù)所 32305
• 代理人: 李媛媛

1.一種深度學(xué)習(xí)解色散模糊的高光譜成像方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，采集高精度光譜數(shù)據(jù)和色散RGB數(shù)據(jù)；

S2，制備卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；

S3，構(gòu)建解色散模糊的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用三維卷積核，且多個尺度的卷積核并列；所述卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入是色散RGB數(shù)據(jù)，其輸出是重建高光譜數(shù)據(jù)；

S4，利用步驟S2的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和步驟S3構(gòu)建的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過反向傳播算法訓(xùn)練所述卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從色散RGB數(shù)據(jù)重建出高精度光譜數(shù)據(jù)的能力；

S5，經(jīng)多次迭代，選擇訓(xùn)練得到的最優(yōu)模型對測試集中的色散RGB數(shù)據(jù)直接解色散模糊得到高光譜數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度學(xué)習(xí)解色散模糊的高光譜成像方法，其特征在于，所述步驟S1中，僅使用一個色散元器件和一個圖像傳感器采集色散RGB數(shù)據(jù)；高光譜信號通過所述色散元器件后在其對應(yīng)色散方向形成色散，即每個通道的二維數(shù)據(jù)在二維空間上發(fā)生位移，再由所述圖像傳感器采集色散模糊的RGB數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度學(xué)習(xí)解色散模糊的高光譜成像方法，其特征在于，所述步驟S2中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集為成對的高精度光譜數(shù)據(jù)和對應(yīng)的色散模糊的RGB數(shù)據(jù)，其中高精度光譜數(shù)據(jù)的大小為h×w×c，h、w分別表示圖像的橫向尺寸和縱向尺寸，c為光譜通道數(shù)，色散RGB數(shù)據(jù)的大小為h×w×3。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度學(xué)習(xí)解色散模糊的高光譜成像方法，其特征在于，所述步驟S3中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以采集的真實高光譜數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督學(xué)習(xí)所需的參考數(shù)據(jù)即訓(xùn)練標(biāo)簽。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度學(xué)習(xí)解色散模糊的高光譜成像方法，其特征在于，所述步驟S3中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出層均使用卷積核尺寸為3×3×3的卷積層；網(wǎng)絡(luò)的每一個中間層均包含并行的四個不同尺寸的三維卷積核。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種深度學(xué)習(xí)解色散模糊的高光譜成像方法，其特征在于，所述中間層使用三個以上層相連構(gòu)成，每一個中間層包含的三維卷積核尺寸為：1×1×1、3×1×1、5×1×1和7×1×1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度學(xué)習(xí)解色散模糊的高光譜成像方法，其特征在于，所述步驟S4中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化目標(biāo)為使網(wǎng)絡(luò)輸出的重建高光譜圖像逼近參照標(biāo)簽的真實高光譜圖像，即最小化兩者之間的損失值，表示為：

Loss＝min‖θD-S‖

＝min‖S′-S‖

其中S′表示網(wǎng)絡(luò)輸出的重建高光譜圖像，S為參照的真實高光譜圖像，θ表示網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的映射關(guān)系，D為網(wǎng)絡(luò)輸入的色散RGB圖像。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深度學(xué)習(xí)解色散模糊的高光譜成像方法，其特征在于，所述步驟S5中，對于不包含在訓(xùn)練集中的測試集數(shù)據(jù)，直接用獲得的最優(yōu)模型快速解色散，從色散模糊的RGB數(shù)據(jù)中重建出高光譜數(shù)據(jù)。